A melhoria do projeto e o processo executivo das estacas estão relacionados à realização de ensaios que comprovam a capacidade de carga e a integridade das peças executadas.
Para isso, três ensaios são apontados pelos especialistas como importantes nesse processo:
• Ensaios de Carregamento Dinâmico PDA (Pile Driving Analyser);
• Prova de Carga Estática PCE;
• Ensaio de integridade PIT (Pile Integrity Test).
Prova de Carga Dinâmica – PDA
O PDA calcula a capacidade de carga de uma estaca baseado nos sinais de força e velocidade no topo da mesma. A força é obtida por meio de sensores de deformação, cujo sinal é multiplicado pelo módulo de elasticidade do material, e pela área de seção na região dos sensores.
A velocidade é obtida a partir da integração do sinal de acelerômetros. São utilizados pelo menos dois tradutores de cada tipo, colocados diametralmente opostos, cujos sinais são enviados por cabo ou radio até o aparelho PDA.
Os transdutores são fixados à estaca por parafusos, mediante chumbadores (estacas de concreto), furos rosqueados (estacas de aço ou madeira), ou de parafusos passantes por porcas (perfis metálicos ou trilhos). Os sensores são colocados em uma seção situada a pelo menos dois diâmetros abaixo do topo da estaca.
Os sinais são enviados e processados em um equipamento dotado de um micro computador cujo software PDA-W efetua os cálculos, utilizando o método CASE. Após cada golpe do martelo, o PDA exibe os valores de interesse, e armazena os sinais obtidos no disco rígido.
As estacas ensaiadas com o PDA são posteriormente analisadas utilizando-se o programa CAPWAP®. Trata-se de um programa de computador que utiliza os registros de força e velocidade obtidos pelo PDA para realizar uma modelagem solo-estaca baseada na equação da onda.
O programa CAPWAP® permite confirmar os resultados obtidos em campo pelo método CASE, e fornece a distribuição da resistência estática da estaca (parcela devida à ponta x parcela devida ao atrito lateral), bem como outros parâmetros do solo.
O ensaio com o PDA objetiva principalmente a obtenção dos seguintes dados:
1. A capacidade de carga da estaca na ocasião do ensaio. Para levar em consideração os efeitos de variação da capacidade com o tempo, as medições são feitas durante uma recravação da estaca ou de acordo com a solicitação do projetista.
2. As tensões dinâmicas durante a cravação (ou recravação) da estaca. Para diminuir a possibilidade de dano durante sua instalação ou recravação, é importante que as tensões na estaca sejam mantidas dentro de limites aceitáveis. Em estacas de concreto, as tensões de tração são também importantes.
3. A integridade da estaca, que freqüentemente deve ser verificada durante e após a instalação ou execução da mesma.
4. O desempenho do martelo utilizado na cravação, dado importante para otimização da produtividade e do controle do estaqueamento.
Prova de Carga Estatica – PCE
Utilizada principalmente como verificação de desempenho de um elemento estrutural de fundação quanto à ruptura e recalques, a prova de carga estática é a técnica mais tradicional de ensaio para a determinação da capacidade de carga de estacas.
No Brasil, a metodologia está normatizada pela NBR 12.131 (Estacas – Prova de Carga Estática. Atualmente, a NBR-6122 (Projeto e Execução de Fundações) recomenda que sejam testadas 1% das estacas de mesmas características de uma obra e, no mínimo, um teste.
Na prova de carga estática, o elemento da fundação é solicitado por um ou mais macacos hidráulicos, empregando-se um sistema de reação estável. Para tanto, é comum o uso de vigas metálicas e tirantes de reação.
O tipo de ensaio mais comum envolve a aplicação de carregamentos de compressão à estaca, em estágios crescentes da ordem de 20% da carga de trabalho, registrando-se os deslocamentos correspondentes.
O ensaio pode ser realizado:
• com carregamento lento; ou
• com carregamento rápido; ou
• com carregamento misto.
A medição dos esforços é realizada através de Célula de Carga ou um Manômetro devidamente aferidos, os deslocamentos são medidos através de relógios comparadores, instalados no topo da estaca para medir o recalque da mesma e nos tirantes por razões de segurança.
A NBR 12.131 prescreve que as estacas sejam solicitadas a até duas vezes a carga de trabalho. Também é possível realizar carregamentos horizontais e de tração.
O conjunto constituído pela estaca, macaco hidráulico e sistema de reação deve ser projetado e montado de modo a se garantir que a carga aplicada atue na direção desejada.
É importante ainda assegurar que o carregamento previsto seja alcançado com sucesso.
A análise dos dados obtidos em campo traz informações, tais como:
• Curva carga x deslocamento;
• Capacidade de carga da estaca;
• Recalque associado à carga de trabalho;
• Parcelas de resistência de ponta e atrito lateral;
• Coeficiente de segurança do estaqueamento.
ENSAIO DE INTEGRIDADE – PIT
O PIT é um ensaio que tem como objetivo principal determinar a integridade ao longo do fuste de estacas de fundação.
O ensaio consiste na colocação de um acelerômetro de alta sensibilidade no topo da estaca previamente preparada, e a aplicação de golpes com um martelo instrumental.
Os golpes geram uma onda de tensão, que trafega ao longo da estaca, e sofre reflexões ao encontrar qualquer variação nas características do material (área de seção, peso específico ou módulo de elasticidade).
Essas reflexões causam variações na aceleração medida pelo sensor. É feito um registro da evolução dessa aceleração com o tempo (normalmente o sinal é integrado e trabalha-se com a velocidade).
Como a onda trafega com uma velocidade fixa, conhecendo-se a velocidade de propagação da onda e o tempo transcorrido entre a aplicação do golpe e a chegada da reflexão correspondente à variação de características pode-se determinar a exata localização dessa variação.
O uso mais comum do ensaio PIT é o de detectar falhas na concretagem de estacas de concreto moldadas “in loco”, estrangulamento, alargamento de seção, trincas, fissuras ou vazios. Tal uso tem se tornado mais extensivo, sendo inclusive sistemática comum, de alguns consultores, para aprovação de um estaqueamento, a execução dos ensaios na totalidade dos elementos de uma obra.